专利名称：短弧型水银灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及短弧型水银灯，尤其涉及发光部由主发光空间部和根基空间部构成的短弧型水银灯。
背景技术：
在半导体及液晶的曝光等领域，作为光源利用了采用短弧型水银灯的曝光技术。
在半导体的曝光中，由于色像差等原因，适用于高效放射波长365nm(i线)的光，而在液晶及印刷基板的曝光中适用于放射波长300nm～450nm的光。
因此，使用水银作为封入灯内的发光物质，并且作为起动用气体，也封入氩、氙等稀有气体。
另外，从曝光装置来看，对被照射物的曝光面积逐渐变大，此外，处理时间(生产能力)，即曝光时间逐渐变短。因此，短弧型水银灯为满足这些要求出现了增大灯输入功率的趋势。
灯输入功率的增大，意味着使灯物理性地增大，结果产生从点灯起动到稳定的时间，即所谓上升时间变长的问题。
上升时间长意味着生产能力延长，并不理想。
在特开2003-151501号公报中公开了用于此种曝光装置的大型化的水银灯。该灯的特征在于不仅具有作为发光部的球面部，还具有与球面部连接的直管部(见该号公报中的标号9)。
然而，该文献仅涉及到玻璃管的变形和破损特性的问题，却未涉及起动时的上升特性。
专利文献1特开2003-151501号发明内容本发明要解决的课题是在大型化的水银灯中，具有良好的上升特性。
为了解决上述课题，本发明涉及的短弧型水银灯，由一对电极相向配置且封入了水银和稀有气体的发光部和形成于该发光部两端的密封部构成。而且，其特征在于发光部，由主发光空间部和形成于该主发光空间部的阳极侧密封部附近的根基空间部构成，主发光空间部的内容积V1与根基空间部的内容积V2的比率V2/V1为0.01～0.09。
又一特征是当将主发光空间部的最大外径设为R，将电极延伸方向的长度设为L时，将上述根基空间部的最大外径设为r，将电极延伸方向的长度设为h，上述内容积V1为(1/6)×(πR2)×(L)，上述内容积V2为πr2h/4。
另一特征是在阳极侧密封部上，形成外径d与阳极侧根基空间部的最大外径r的关系为d/r≤0.8的缩径部。
另一特征是在阴极侧密封部上形成外径d1与阴极侧根基空间部的最大外径r1的关系为d1/r1≤0.8的缩径部。
本发明，通过将主发光空间部的内容积V1和根基空间部的内容积V2的比率V2/V1规定为0.01～0.09，可改善水银灯的上升特性。
也就是说，当通过垂直配置水银灯并使之点灯的情况下，虽在发光空间内部产生剧烈的热对流，但通过规定主发光空间部的内容积和根基空间部的内容积的比率，可以限制热对流的动作及方向，通过该限制可获得良好的上升特性。
此外，通过规定根基空间部和密封部的外径值的比率，可以提供一种不易从根基空间部散热的结构，其结果是，可使水银提早蒸发而改善上升时间。
图1表示本发明涉及的短弧型水银灯。
图2表示本发明涉及的短弧型水银灯。
图3是表示本发明的效果的试验结果。
图4是表示本发明的效果的试验结果。
图5是表示本发明涉及的短弧型水银灯。
图6是表示本发明涉及的短弧型水银灯。
图7是表示本发明的效果的试验结果。
具体实施例方式
图1示出本发明涉及的短弧型水银灯的一个实施例。
水银灯10，例如可由下述各部分构成由石英玻璃构成的发光部11和从该发光部11向两端延伸的杆状的密封部12。发光部11，由主发光空间部110和根基空间部111构成。在主发光空间部110内，例如以5.0mm左右的间隙相向配置了阴极20和阳极30，在阴极端部形成弧光辉点。
发光部11为球形或沿管轴方向(图中的上下方向)细长地延伸的纺锤形。该水银灯10，是将阴极配置在下方并将阳极配置在上方的垂直配置型的点灯。
阴极20，例如是由钍钨构成的圆柱形的杆状体，端部呈大体圆锥形，支持在阴极棒21上。
阳极30，例如由钨构成，是整体呈圆柱形的杆状体并且前端具有平面的大致炮弹形，支持在阳极棒31上。
阴极棒21和阳极棒31分别向密封部12延伸。各密封部12，形成使用钼箔的气密性密封结构。密封部12的外端连接着金属制的灯头13，并且外部引线14向外突出。该外部引线14与图示省略的供电装置连接，以进行供电。
阴极20和阳极30，不必分别与阴极棒21和阳极棒31是物理性的分体结构，例如还可以以相同外径延伸，二者为物理性的一体结构。
发光部11形成主发光空间部110和根基空间部111。在阴极棒21的根基也形成空间。
发光部11内封入了作为发光物质的水银和作为起动用气体的氩、氙等稀有气体。
水银的封入量，每单位灯内容积例如处于3～50mg/cc的范围内，例如为5mg/cc。稀有气体的封入压力为0.5～5atm，例如为4atm。水银和稀有气体的稳定点灯时的总内压为20atm左右。
此处，本发明涉及的水银灯以大型灯为对象，具体而言，是以灯电力的额定值为10kW以上，且发光部的内容积为800cc以上作为对象的目标。然而，灯电力为10kW以上作为目标，由于冷却条件不同，实际上即使在低于10kW的输入功率下也可以使用。本发明的对象灯，其内容积本身大才重要。
水银灯一旦大型化，灯的上升特性变得特别差，这是因为达到稳定点灯状态的时间变长。其原因有以下两点。
第一，灯一旦物理性地大型化，由于电极等构成件也大型化，因而热容量变大而导致温度难以上升。由此，发光部内的水银的蒸发也推迟。作为对策，虽然也可以考虑减少发光部的尺寸及电极等部件的尺寸，但考虑到灯的寿命及破损等的特性，随着灯电力的增大，发光部及电极不得不相应变大。
第二，发光部，特别是主发光空间部一旦变大，发光部内的对流变差，蒸发的水银无法高效存在于主发光空间部内。
利用图2对该点(第二个理由)加以说明。垂直点灯的水银灯，在点灯起动前，液态的水银积存在位于下方的密封部(或根基空间部)内。该水银，随着水银灯的点灯，借助其热量而汽化，放射出所需的光。也就是说，如何使点灯起动前以液态积存的水银尽快汽化，与提早灯的上升有关。
汽化的水银，借助主发光空间部内的温差产生对流A，通过该对流的良好循环可以使发光部内的水银完全蒸发，此外，还可更高效地活用积存的水银。
然而，在水银灯大型化的情况下，本来应产生的对流A变得难以产生，反而产生了不希望出现的对流B(紊流)。正是因为该对流B，在水银灯大型化时使灯的上升推迟。
本发明，着眼于上述两个问题中的第2个问题来改善水银灯的上升，具体而言，规定了主发光空间部和根基空间部的内容积比。
此处，对发光部内产生的对流A再稍加说明。
水银灯点灯时，由于电弧产生的热而产生上升流A1。该上升流A1到达发光部上部，改变方向并沿着发光管壁下降(A2)。该气流，相对于发光部的径向，在中心附近变成上升流，在管壁附近变成下降流，在发光部较大的水银灯中，由于径向的距离大，所以上升流A1与下降流A2可以互不碰撞地顺利流动。
此处，在上升流A1变为下降流A2的上部空间内，由于上升流A1的上升速度被减速，因而很难以同样的速度顺利地由上升流A1切换为下降流A2，正是由于该原因，产生了不规则的气流，其结果是，在发光空间的下方区域内产生了上述对流B。
此处，水银灯并不一定必须存在本发明所说的根部空间部，不如说存在根基空间部的水银灯很少。此外，即使是形式上具有根部空间的水银灯，也不过是在制造工序中偶然形成的，并非有意形成的空间。
本发明的特征在于与主发光空间部不同地另行积极设置根基空间部，并进而规定该根基空间部与主发光空间部的内容积的比率。由此，可将上升气流A1引导到发光管的上部，通过加热上部空间使存在于发光管内部的水银提高汽化，并通过按照与主发光空间部大小的比率来规定其大小，可以与下降流A2形成顺畅的气流。
此外，本发明人等通过下述试验发现当主发光空间部110的内容积V1与根基空间部120的内容积V2的比率V2/V1为0.01～0.09时，可产生上升流和下降流的顺畅气流，解决上升时间缩短的问题。
还有，如图2所示，当根基空间部120设置在阳极密封部一侧，将主发光空间部110的最大外径设为R，将电极延伸方向的长度设为L，将根基空间部120的最大外径设为r，将根基空间部120的电极延伸方向的长度设为h时，主发光空间部110的内容积V1可大体限制为πR2L/6。球的休积为“4×π×(半径3)/3”，将(L/2)代入一个“半径”，将(R/2)代入其他两个“半径”时，主发光空间部的体积为(4/3)×(πR2/4)×(L/2)，整理后成为(πR2L/6)。
此外，可将根基空间部120的内容积V2，大体限制为(πr2h/4)。这也是因为当圆柱的体积为(π×(半径2)×(高度)/4)，若将(r/2)代入“半径”并进行整理，则变成(πr2h/4)。不过，在该规定中，未考虑玻璃管的壁厚及电极的体积。
此外，主发光空间部110和根基空间部120的区别，即高度“h”和高度“L”的边界位界，严格地说，应在发光管10内侧判断，根据使发光空间内部膨胀的形状变化的部分进行判断。
图3是表示本发明效果的试验结果。
表示主发光空间部110和根基空间部120的内容积的比率，与上升时间之间的关系。将主发光空间部110的内容积V1设为πr2h/6，根基空间部120的内容积V2设为πr2h/4。
图3(a)、图3(b)均为纵轴表示上升时间(分钟)，横轴表示内容积比率(V2/V1)，图3(a)表示内容积比为0～0.04，图3(b)表示内容积比为0.04～0.11。试验是通过制作11支灯进行的。
图4表示11支灯(灯1～灯11)的主发光空间部的最大外径R(cm)，主发光空间部的电极延伸方向的长度L(cm)，根基空间部的最大外径r(cm)，根基空间部的电极延伸方向的长度h(cm)，主发光空间部的内容积V1、根基空间部的内容积V2、以及内容积的比率V2/V1、上升时间(分钟)的具体数值。因此，可以说图3是图4所示数值的图表化。
各灯均在水银量为30mg/cc、氙气为0.9气压、电极间距离为10mm的相同条件下点灯。
此处的“上升时间”定义为，从利用起动器给电极间施加高压的时刻到稳定电压的80％前的时间。此处的“稳定电压”是指额定电压，例如，如果是额定电压为100V的灯，则到达80V前的时间相当于上升时间。
从图3(a)可知，内容积比/V2/V1小于0.01的灯(灯1、灯2)，其上升时间需要10分钟以上，相对于此，内容积比(V2/V1)大于0.01的灯(灯3、灯4、灯5)，其上升时间较短，在10分钟以内。
此外，从图3(b)可知，内容积比(V2/V1)大于0.09的灯(灯10、灯11)，其上升时间需要11分钟以上，相对于此，内容积比(V2/V1)小于0.09的灯(灯7、灯8、灯9)，其上升时间较短，为10分钟以内。
从以上结果可知，主发光空间部和根基空间部的内容积以(V2/V1)最好在0.01～0.09的范围内。
内容积比(V2/V1)，若处于上述范围内，则意味着可形成图2所示的上升流A1和下降流A2的顺畅气流，相反，在内容积比(V2/V1)小于0.01的情况下，由于与主发光空间部相比，根基空间部过小，因而意味着不能形成顺畅的气流。
而且，在内容积比(V2/V1)大于0.09的情况下，意味着与主发光空间部相比，根基空间部过大，因而可推断为，发光管的整体温度上升取决于根基空间部，所以上升时间推迟。
图5表示本发明涉及的短弧型水银灯。
与图1所示的水银灯的不同之处是，在阳极侧密封部12上形成缩径部121。
该缩径部121是通过缩小密封部的外径而防止积存在发光部的热量从密封部12外泄的结构，可进一步促进水银的汽化。
具体而言，根基空间部的外径r和缩径部121的外径d的关系为d/r≤0.8，例如，根基空间部的外径r为4.2cm，缩径部的外径d为3.0cm。
图6也表示本发明涉及的短弧型水银灯。
与图5所示的水银灯的不同之处是，在阳极侧密封部12a上形成缩径部121a，并且在阴极侧密封部12b上也形成缩径部121b。此外，在阴极侧也形成与阳极侧相同的根基空间部。
通过在阴极侧也形成缩径部121b，在阴极侧热量也难以从变热的发光部外泄，进一步促进了水银的汽化。
具体而言，阴极侧根基空间部的外径r1和缩径部121a的外径d1的关系变为d1/(2r1)≤0.8。例如，根基空间部的外径r为4.2cm，缩径部的外径d为2.7cm。
图7是表示上述短弧型水银灯的效果的试验结果，图7(a)表示图5所示的短弧型水银弧型水银灯的根基空间部与缩径部之间的关系，图7(b)表示图6所示的短弧型水银灯的根基空间部与缩径部之间的关系。
图7(a)、图7(b)均为具有与图4的灯4、灯5相同的主发光空间部的最大外径R、主发光空间部的长度L、内容积比V2/V1的灯，对缩径部的最大外径d和根基空间部的最大外径r的值进行种种改变来进行试验。
从图7(a)、图7(b)可知，若d/r的值小于0.8，则上升时间为9秒以下，得到了进一步的改善。
即，可通过规定主发光空间部和根基空间部的内容积比(V2/V1)而使上升时间在10秒以下，并且可通过规定根基空间部和缩径部的外径值比(d/r)而使上升时间在9秒以下。
如上所述，本发明涉及的短弧型水银灯可通过规定主发光空间部和根基空间部的内容积比(V2/V1)来缩短上升时间，而且还可通过规定根基空间部和缩径部的外径比，进一步缩短上升时间。
权利要求
1.一种短弧型水银灯，由一对电极相向配置且封入了水银和稀有气体的发光部和形成于该发光部两端的密封部构成，其特征在于所述发光部，由主发光空间部和形成于该主发光空间部的阳极侧密封部附近的根基空间部构成，所述主发光空间部的内容积V1与所述根基空间部的内容积V2的比率V2/V1为0.01～0.09。
2.根据权利要求1所述的短弧型水银灯，其特征在于当将所述主发光空间部的最大外径设为R，将电极延伸方向的长度设为L时，将所述根基空间部的最大外径设为r，将电极延伸方向的长度设为h，则所述内容积V1为πR2L/6，所述内容积V2为πr2h/4。
3.根据权利要求2所述的短弧型水银灯，其特征在于在所述阳极侧密封部上，形成外径d与阳极侧根基空间部的最大外径r的关系为d/r≤0.8的缩径部。
4.根据权利要求3所述的短弧型水银灯，其特征在于在阴极侧密封部上，形成外径d1与阴极侧根基空间部的最大外径r1的关系为d1/r1≤0.8的缩径部。
全文摘要
本发明提供一种短弧型水银灯，可在大型化的水银灯中具有良好的上升特性。该短弧型水银灯由下述部分构成发光部(11)，其相向配置一对电极(20、30)，并封入了水银和稀有气体；和密封部(12)，其形成于发光部的两端。所述发光部(11)，由主发光空间部(110)和形成于该主发光空间部(110)的密封部一侧的根基空间部(111)构成，主发光空间部(110)的内容积(V1)和根基空间部(112)的内容积(V2)的比率(V2/V1)为0.01～0.09。
文档编号H01J61/20GK1959927SQ20061014390
公开日2007年5月9日 申请日期2006年11月6日 优先权日2005年11月4日
发明者加藤雅规, 安田幸夫 申请人:优志旺电机株式会社